TWI477934B - Walking cars and walking car system - Google Patents

Description

行走車以及行走車系統

本發明是關於偵測沿著行走路線設置的標記而行走的行走車以及其系統。

沿著行走路線設置磁性標記等的標記，偵測標記而行走之行走車是已知的(專利文獻1：日本特開昭62-109105，專利文獻2：日本特開昭59-135514)。行走車，例如是在車體的前後具備：沿著車體的寬方向(左右方向)排列複數個感測器要素而構成的感測器。若偵測到標記，感測器就會輸出其與車體的寬方向中心線的距離，亦即輸出偵測到標記的感測器要素的編號。在此，若前後的感測器同時偵測到標記，可用2點來判斷相對於行走路線的偏差，因此可判斷相對於行走路線的行走車的機體角度及橫向偏離量。

本發明人曾探討過，將利用標記的行走運用於在清淨室等行走的無人搬運車。在清淨室的地板面大多設有格柵(grating)，自然會將標記設置於格柵的孔。如此，就不一定能在期望的位置設置標記，而使標記間的間隔和行走車的前後的感測器的間隔變得不一致。

[專利文獻1]日本特開昭62-109105

[專利文獻2]日本特開昭59-135514

本發明的課題在於緩和標記的設置條件。本發明的行走車，是將沿著行走路線隔著間隔配置的標記，用行走車的前後方向的位置不同的至少一對感測器來偵測，以求出沿著行走車的左右方向的標記位置，為了藉此來求出其相對於行走路線的方向，該行走車是具備：用來儲存藉由前述一對感測器當中先偵測到標記的感測器所偵測到的標記的左右方向位置之儲存手段；用來識別前述一對感測器所偵測到的各個標記的手段；用來讀取前述一對感測器所偵測到的各個標記的位置資訊之讀取手段；以及根據前述位置資訊和前述一對感測器所偵測到的各個標記的左右方向位置，來算出行走車相對於行走路線的方向之算出手段。

較佳為，前述位置資訊為標記的座標，並進一步具備：根據前述各個標記的座標來算出標記間的距離之距離算出手段。

又較佳為，前述位置資訊為標記間的距離。

較佳為，當前述一對感測器的一方先偵測到標記後，只有在既定的行走距離內另一方的感測器偵測到標記時，才會算出行走車相對於行走路線的方向。

又本發明的系統，是將沿著行走路線隔著間隔配置的標記，用行走車的前後方向的位置不同的至少一對感測器來偵測，以求出沿著行走車的左右方向的標記位置，藉此來求出行走車相對於行走路線的方向之系統；在行走車或是地上側的控制器，設置用來儲存標記的位置資訊之位置資訊儲存手段；並在行走車設置：用來儲存藉由前述一對感測器當中先偵測到標記的感測器所偵測到的標記的左右方向位置之儲存手段；用來識別前述一對感測器所偵測到的各個標記的手段；用來從位置資訊儲存手段讀取各個標記的位置資訊之讀取手段；以及根據前述位置資訊和前述一對感測器所偵測到的各個標記的左右方向位置，來算出行走車相對於行走路線的方向之算出手段。

在本發明的行走車及行走車系統，是儲存著：藉由在前述一對感測器當中先偵測到標記的感測器所偵測到的標記的左右方向位置。接著，將前述一對感測器所偵測到的各個標記予以識別，並讀取前述一對感測器所偵測到的各個標記的位置資訊。因此前述一對感測器不須同時偵測標記。進一步將標記予以識別，並從儲存於行走車的地圖資料(map data)或是控制器所儲存的地圖資料等的儲存手段讀取標記的位置資訊，因此即使標記不是以既定的節距(pitch)來進行配置，仍能獲得正確的位置資訊。

在本發明，將標記以與前述一對感測器的間隔不同的間隔來設置亦可，因此標記的設置變容易。又即使是在與預定位置不同的位置設置標記的情況，仍不須拆除標記來進行再度施工。再者，由於是以讀取手段所讀取的位置資訊為基準來決定行走車的方向，故能求出正確的方向。另外，除了行走車的方向以外，同時求出行走方向位置和左右方向位置亦可。

在此，若讀取標記的座標來作為位置資訊，可正確地求出標記間的距離。

另外，若讀取標記間的距離來作為位置資訊，則不須算出標記間的距離。

再者，若一方的感測器先偵測到標記後，只有在既定的行走距離內另一方的感測器偵測到標記時才算出行走車相對於行走路線的方向，如此可縮小：行走車偏離直線前進或是偏離既定的操舵角(steering angle)的操舵等的影響。另外，能只有在標記也容易識別的情況才求出方向。因此方向識別的可靠性提高。

以下顯示用來實施本發明的最佳實施例。

[實施例]

第1圖~第4圖係顯示實施例的無人搬運車2以及其系統。無人搬運車2如第1圖所示，係具備行走控制部4、行走驅動部6以及位置認識部8。位置認識部8，係偵測沿著行走路線設置之磁鐵等所構成的標記20，以求出現在位置以及相對於行走路線的機體角度θ。行走控制部4，是根據所求出的現在位置和機體角度來驅動行走驅動部6；行走驅動部6，係根據行走馬達的轉數或是陀螺儀等，將無人搬運車的速度和操舵角供應給行走控制部4及位置認識部8。18代表地上的控制器，係對無人搬運車2分配搬運指令。

第2圖係顯示在無人搬運車2之磁感測器14、16的配置。無人搬運車2係具備前後一對的磁感測器14、16，各磁感測器14、16，係將霍耳元件等的感測器要素沿著車體的左右方向排列而構成。又在說明書中，寬方向是和左右方向相同，是用相對於車體行走方向之左右等來表示。另外，前後方向為行走方向，在極端的情況，磁感測器14、16亦可在無人搬運車2的前部或後部配置在不同的前後方向位置。無人搬運車2是具備例如4輪的驅動車輪10，分別是被行走馬達12所驅動。由驅動車輪10和行走馬達12來形成行走驅動部，將例如4個行走馬達12予以獨立驅動，藉此進行操舵。

以無人搬運車2的底面的中心P等為基準點，利用其座標(XP,YP)來表示無人搬運車2的現在位置。此外，藉由相對於行走路線之無人搬運車2車體的長方向中心線的角度θ，來表示機體角度θ。角度θ有方向性，而取其正負值。設感測器14的左右方向的中心位置為感測器中心S，設感測器16的左右方向的中心位置為感測器中心R。又將感測器14、16偵測到標記20時，其相對於感測器中心在左右方向的偏移量用LF及LR表示。LF及LR有正負值，正值的方向在感測器14、16是相反的。再者，設感測器14、16間的間隔為2‧C2，C2是感測器14和基準點P的間隔，同樣的也是基準點P和感測器中心R的間隔。

第3圖顯示標記20的配置。標記20是沿著行走路線來配置，將間隔與感測器14、16間的間隔2‧C2大致相等的標記，以成對的方式進行偵測。設成對的2個標記間的間隔為L，設無人搬運車2的行走方向前方側的標記的座標為(XMF,YMF)，設後方的標記的座標為(XMR,YMR)。在形成有格柵之地板的情況，由於是在格柵的孔設置標記20，要讓標記間的間隔L和感測器14、16間的間隔2‧C2一致並不容易。又即使不是格柵地板的情況，要將標記20正確地設置於期望的位置也不容易，因此標記間的間隔L可能會和感測器14、16間的間隔2‧C2不一致。再者，像標記21那樣，可能會在相對於行走路線往左右方向偏移的位置設置標記。為了對應於這個情況，將連結前後的標記的線和行走路線間的角度用Φ表示。角度Φ也是有正負方向的。

關於無人搬運車2，其相對於行走路線之機體角的方向用θ表示，感測器中心S的座標用(XS,YS)表示，感測器中心R的座標用(XR,YR)表示。另外，感測器14偵測到標記時的左右方向的偵測位置用LF表示，感測器16偵測到標記時的左右方向的偵測位置用LR表示，這些也具有方向。

第4圖係顯示位置認識部8的構造和動作。若感測器14偵測到標記，將標記的偵測位置LF以及偵測時刻TF儲存於記憶體30。同樣地若感測器16偵測到標記，將偵測位置LR以及偵測時刻TR儲存於記憶體31。另外，在偵測的時點推定感測器中心S或是感測器中心R的現在位置，藉由對照地圖資料38來識別是偵測到哪個感測器，並將感測器的ID等儲存於記憶體30、31亦可。另外，偵測時間TF、TR在以下的處理不會用到，實際上是用來判定是哪個感測器先偵測到標記，並獲得偵測2個標記之間的時間差ΔT=∣TF-TR∣。

間隔檢查部32，係從行走控制部等輸入推定現在速度，而根據偵測標記之間的時間差ΔT來求出距離ΔT×v，並判別其是否在容許值C1以下。在該距離超過C1的情況，不進行現在位置或/及機體角度的算出。C1是用來進行現在位置的認識之容許值，是從參數輸入部33輸入，並用間隔檢查部32等來儲存。又在實施例，在時間差ΔT之間，是假定無人搬運車進行直線行走，但也能將條件進一步放寬，而假定是角速度0或以一定的角速度持續改變機體角度的情況。

在行走控制部4，不斷利用來自行走驅動部6的資料來推定車體中心(基準點P)的位置，感測器中心位置推定部34，係根據車體中心的推定位置和參數C2來推定感測器中心S,R的現在位置。偵測到標記的位置LF,LR及2個標記的偵測時刻的差ΔT是由感測器14、16求出，而能推定感測器中心S,R的座標。

標記對照部36，是從地圖資料38讀取感測器14、16所偵測到的2個標記的座標(XMF,YMF)、(XMR,YMR)。座標(XMF,YMF)是藉由行走方向前方的感測器14所偵測到的標記的座標，座標(XMR,YMR)是藉由後方的感測器16所偵測到的標記的座標。在標記對照部36，是根據地圖資料38來求出在離感測器中心的推定位置LF及LR的位置附近所存在的標記。又更單純的，假設無人搬運車2是毫無遺漏地認識所有的標記，而將標記的偵測個數用計數器來計算亦可。

關於地圖資料38，在實施例雖是設置於無人搬運車2，但也能設置於固定在地上的控制器18。在這個情況，標記對照部36例如也設置在控制器18側，藉由來自無人搬運車側之未圖示的通訊手段，發送感測器中心推定座標或是LF,LR等，以讀取標記的座標。

機體角度算出部40，是根據地圖資料中之標記座標來算出前後的標記間的距離L。因此標記間的節距不一定要是一定的。接著利用(LF+LR)/L=sinθ等，來算出機體角θ。又若在地圖資料38中預先記載標記間的距離Li，就不用進行距離的算出。例如對於編號i的標記，例如被行走方向前方的感測器偵測到時，將其與行走方向後方的感測器偵測到的標記之間的距離Li預先記載於地圖資料38。

感測器中心座標算出部42，係使用後偵測到的標記的座標，來算出對應的感測器中心的座標。在實施例是假定ΔT=TF-TR而說明ΔT>0的情況，這是對應於感測器14側後偵測到標記的情況。另外在感測器16側後偵測到標記的情況，則是求出感測器16的中心位置R的座標(XMR,YMR)。

從第3圖可看出，XS=XMF-LF‧sinθ，YS=YMF+LF‧cosθ。又在感測器16後偵測到標記的情況，會變成XR=XMR-LR‧sinθ,YR=YMR+LR‧cosθ。由於感測器14和機體中心的間隔為C2，XP=XS-C2‧cosθ,YP=YS-C2‧sinθ。又在使用感測器16側的資料的情況，會變成XP=XR+C2‧cosθ，YP=YR+C2‧sinθ。在此，是假設在感測器14、16間的中心存在無人搬運車2的基準點，而在除此以外的情況，從感測器14至基準點的距離和從感測器16到基準點的距離則為不同的數值。

像第3圖的標記21那樣，當標記存在於相對於行走路線往左右偏離的位置的情況，利用角度Φ(代表標記相對於行走路線的偏移量)來修正角度θ。在進行這種修正的情況，例如在地圖資料38中記載各標記(i為標記的編號)的傾斜角Φi。該角度，例如假設編號i的標記是被先偵測到的，而指該標記和成對的標記的連結線與行走路線的夾角。又在標記傾斜修正部46，是利用θ-Φ來求出修正後的機體角θ’。若設置標記傾斜修正部46，則標記亦可設置在相對於行走路線往左右方向偏移的位置。

依據以上構成，每當將一對標記分別用感測器14、16來偵測時，可求出無人搬運車的基準點的座標及機體角度。又根據該角度，藉由行走控制部來控制行走驅動部，在下一次求出現在位置和機體角度的期間，是依據來自行走驅動部的速度或/及操舵角來進行推測行走。

實施例可獲得以下的效果。

(1)標記20、20間的間隔不須和感測器14、16間的間隔相等。因此標記的設置變容易。例如格柵的孔等，可設置在容易設置標記的地點，關於標記的正確位置，例如之後進行測量而儲存於地圖資料38即可。

(2)若設置標記傾斜修正部46，則標記亦可設置在相對於行走路線往左右偏離的位置。

(3)為了算出無人搬運車的現在位置，係使用後偵測側的感測器中心的座標。因此在先偵測到標記後，至後偵測到標記為止的時間差ΔT的期間，因行走距離或偏離直線行走等的影響變小。

(4)在前述一對標記的間隔超過參數C1的情況，不進行現在位置或/及機體角度的認識。因此無人搬運車之蛇行等造成的誤差變小。又由於標記間的間隔是在既定範圍內，其和地圖資料的對照變容易。

(5)若在地圖資料中儲存標記的2維座標，可正確地算出標記間的距離。或是若在地圖資料中預先記載前後的標記間的距離，就不用算出標記間的間隔L。

2．．．無人搬運車

4．．．行走控制部

6．．．行走驅動部

8．．．位置認識部

10．．．驅動車輪

12．．．行走馬達

14、16．．．磁感測器

18．．．控制器

20、21．．．標記

30、31．．．記憶體

32．．．間隔檢查部

33．．．參數輸入部

34．．．感測器中心位置推定部

36．．．標記對照部

38．．．地圖資料

40．．．機體角度算出部

42．．．感測器中心座標算出部

44．．．機體中心座標算出部

46．．．標記傾斜修正部

第1圖係顯示實施例的無人搬運車的控制系統的方塊圖。

第2圖係顯示實施例的無人搬運車的感測器和行走車輪的配置圖。

第3圖係顯示實施例所使用的記號及座標的意義。

第4圖係顯示實施例的位置認識部的構造和資料處理的方塊圖。

8．．．位置認識部

14、16．．．磁感測器

30、31．．．記憶體

32．．．間隔檢查部

33．．．參數輸入部

34．．．感測器中心位置推定部

36．．．標記對照部

38．．．地圖資料

40．．．機體角度算出部

42．．．感測器中心座標算出部

44．．．機體中心座標算出部

46．．．標記傾斜修正部

Claims (6)

1. 一種行走車，是將沿著行走路線隔著間隔配置的複數個標記，用至少前後一對的感測器來偵測，藉此來求出相對於行走路線的方向，該前後一對的感測器，是配置於行走車的前後，由沿著行走車的左右方向排列之複數個感測器要素所構成，而用來偵測沿著行走車的左右方向的標記位置；其特徵在於，利用該前後一對的感測器，對於前後一對的標記，偵測沿著行走車的左右方向的標記位置；且該行走車具備：用來儲存前述複數個標記的位置資訊之地圖資料；對於所偵測到的前後一對的標記，用來儲存沿著行走車的左右方向的標記位置之儲存手段；藉由將前後一對的標記與前述地圖資料對照，從前述地圖資料讀取前後一對的標記的位置資訊並求出前後一對的標記間的距離之手段；以及根據前後一對的標記間的距離和前後一對的標記各個沿著行走車的左右方向的位置，來算出行走車相對於行走路線的方向之機體角度算出部。
2. 如申請專利範圍第1項記載的行走車，其中，前述位置資訊為標記的座標，根據前後一對的標記的座標來算出標記間的距離。
3. 如申請專利範圍第1項記載的行走車，其中，前 述位置資訊為標記間的距離。
4. 如申請專利範圍第1項記載的行走車，其中，當先偵測到前後一對的標記的一方後，只有在既定的行走距離內偵測到前後一對的標記的另一方時，才會算出行走車相對於行走路線的方向。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項記載的行走車，其中，係具備感測器中心座標算出部以及機體中心座標算出部；該感測器中心座標算出部，是從前述地圖資料讀取前後一對的標記當中較後被偵測到的標記座標，根據較後被偵測到的標記的座標、沿著行走車的左右方向的位置以及相對於行走路線的方向，求出前後一對的感測器當中偵測到較後被偵測到的標記之感測器沿著行走車的左右方向的中心之座標；該機體中心座標算出部，是根據前述中心的座標、前後一對的感測器沿著行走車的左右方向的中心和行走車的機體中心的距離、以及相對於行走路線的方向，求出行走車的機體中心的座標。
6. 一種行走車系統，是將沿著行走路線隔著間隔配置的複數個標記，用至少前後一對的感測器來偵測，藉此來求出行走車相對於行走路線的方向，該前後一對的感測器，是配置於行走車的前後，由沿著行走車的左右方向排列之複數個感測器要素所構成，而用來偵測沿著行走車的左右方向的標記位置； 其特徵在於，利用該前後一對的感測器，對於前後一對的標記，偵測沿著行走車的左右方向的標記位置；在行走車或是地上側的控制器，設置用來儲存前述複數個標記的位置資訊之地圖資料；並在行走車設置：對於所偵測到的前後一對的標記，用來儲存沿著行走車的左右方向的標記位置之儲存手段；藉由將前後一對的標記與前述地圖資料對照，從前述地圖資料讀取前後一對的標記的位置資訊並求出前後一對的標記間的距離之手段；以及根據前後一對的標記間的距離和前後一對的標記各個沿著行走車的左右方向的位置，來算出行走車相對於行走路線的方向之機體角度算出部。